CN111875364A - 一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法 - Google Patents

一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。其技术方案是：将蓝晶石尾矿、滑石细粉和氧化铝细粉、金属铝粉和聚乙烯醇溶液混合，成型，干燥，1360～1400℃保温4～6h，破碎，得堇青石骨料；将蓝晶石尾矿、氧化铝细粉和聚乙烯醇溶液混合，成型，干燥，1500～1550℃保温4～6h，破碎，得莫来石骨料；将高岭土细粉、菱镁矿细粉、熔融石英细粉、锆英石细粉和聚乙烯醇溶液混合，球磨，喷雾造粒，890～910℃保温4～6h，得基质粉体；将堇青石骨料、莫来石骨料、基质粉体和聚乙烯醇溶液混合，成型，1370～1410℃保温8～10h，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。本发明成本低和绿色环保，所制制品高温强度高和热震稳定性好。

Description

一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法
技术领域
本发明属锆英石增强堇青石莫来石棚板技术领域。具体涉及一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。
背景技术
尾矿是选矿中分选作业的产物之一，实现尾矿的资源化利用不仅是提高矿产资源的利用效率，也是保护生态环境和减少占地的有效途径。堇青石具有极低的热膨胀系数、优异的热震稳定性和良好的化学稳定性，被广泛应用于高温窑具等领域。堇青石莫来石棚板具有良好抗热震性，被普遍使用，但由于堇青石熔点较低，堇青石莫来石棚板的使用温度一般低于1350℃。
“一种堇青石-莫来石棚板及其制备方法”(CN201811140367.8)专利技术，该技术的缺陷在于生坯热处理温度偏低，“一种高温用堇青石-莫来石棚板及其制备方法”(CN201910015619.2)专利技术，该技术的隧道窑保温温度过高，均易导致杂质相的产生，不利于热震稳定性。“节能型轻质堇青石-莫来石窑具材料、窑具及其制备方法”(ZL201310106546.0)专利技术，该技术通过木粉的烧失降低制品的体密，但木粉燃烧排出有害气体。“一种含锆堇青石复相材料及其制备方法”(ZL201410522759.6)专利技术和“一种环保型堇青石-莫来石窑具及其制作方法”(CN201711437792.9)专利技术，以废弃型砂和废旧陶瓷虽分别制得堇青石-锆英石复相材料和堇青石-莫来石窑具，但废弃型砂和废旧陶瓷中杂质含量高，高温下液相量增加，降低了高温力学性能。
发明内容
本发明旨在克服已有技术的缺陷，目的是提供一种生产成本低、绿色环保和便于规模化生产的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法。用该方法所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板不仅高温强度高和热震稳定性好，且使用范围广。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的步骤是：
步骤一、以40～60wt％的蓝晶石尾矿、35～50wt％的滑石细粉和5～15wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料4～6wt％的金属铝粉和3～5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1360～1400℃条件下保温4～6h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为30～45wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为55～70wt％。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为(2.6～2.8)∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料3～5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1500～1550℃条件下保温4～6h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为40～50wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为50～60wt％。
步骤三、以65～75wt％的高岭土细粉、20～25wt％的菱镁矿细粉和5～10wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料5～10wt％的锆英石细粉和40～50wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨6～8h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在890～910℃条件下保温4～6h，得到基质粉体。
步骤四、以30～45wt％的堇青石骨料、20～30wt％的莫来石骨料和35～40wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料4～6wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1370～1410℃条件下保温8～10h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为40～55wt％；SiO2含量为35～50wt％；ZrO2含量≥7.5wt％；蓝晶石尾矿的粒径≤0.088mm。
所述滑石细粉的MgO含量≥30wt％；滑石细粉的粒径≤0.089mm。
所述氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt％；氧化铝细粉的粒径≤0.089mm。
所述金属铝粉的Al含量≥99wt％；金属铝粉的粒径≤0.045mm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明以蓝晶石尾矿为原料制备中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板，不仅降低了生产成本和利于规模化生产，且实现了尾矿的资源化利用、绿色环保和减少占地。
本发明通过金属铝粉提高堇青石生坯和堇青石骨料的致密度，利用蓝晶石尾矿中的锆英石达到扩宽堇青石形成的温度范围，并提高堇青石骨料的强度；利用蓝晶石尾矿中的锆英石高温分解产生的氧化锆达到提高莫来石骨料热震稳定性的目的；以菱镁矿细粉等原料经过高温预处理等工艺制备基质粉体，提高了基质中堇青石的纯度和含量，有利于提高制品的强度和热震稳定性。
本发明在基质粉体中加入锆英石细粉，除了能够扩宽基质中原位形成堇青石的温度范围，还能够通过锆英石的钉扎作用，提高制品的强度和韧性。
本发明所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石，次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度高于2.2g/cm3；显气孔率低于25％；950℃条件下的高温抗折强度大于15MPa。
因此，本发明具有生产成本低、绿色环保和便于规模化生产的特点，所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板不仅高温强度高和热震稳定性好，且使用范围广。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对本发明保护范围的限制：
为避免重复。先将本具体实施方式所要涉及的物料统一描述如下，实施例中将不再赘述：
所述蓝晶石尾矿的粒径≤0.088mm。
所述滑石细粉的MgO含量≥30wt％；滑石细粉的粒径≤0.089mm。
所述氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt％；氧化铝细粉的粒径≤0.089mm。
所述金属铝粉的Al含量≥99wt％；金属铝粉的粒径≤0.045mm。
实施例1
一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以40wt％的蓝晶石尾矿、50wt％的滑石细粉和10wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料4wt％的金属铝粉和3wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1360℃条件下保温4h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为2.6∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料3wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1500℃条件下保温4h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
步骤三、以65wt％的高岭土细粉、25wt％的菱镁矿细粉和10wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料5wt％的锆英石细粉和40wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨6h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在890℃条件下保温4h，得到基质粉体。
步骤四、以30wt％的堇青石骨料、30wt％的莫来石骨料和40wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料4wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1370℃条件下保温8h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为30wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为70wt％。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为40wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为60wt％。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为40wt％；SiO2含量为50wt％；ZrO2含量为10wt％。
本实施例所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石；次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度为2.43g/cm3；显气孔率为17.3％；950℃条件下的高温抗折强度为17.2MPa。
实施例2
一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以50wt％的蓝晶石尾矿、40wt％的滑石细粉和10wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料5wt％的金属铝粉和4wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1380℃条件下保温5h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为2.7∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料4wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1520℃条件下保温5h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
步骤三、以75wt％的高岭土细粉、20wt％的菱镁矿细粉和5wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料6wt％的锆英石细粉和45wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨6h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在895℃条件下保温5h，得到基质粉体。
步骤四、以45wt％的堇青石骨料、20wt％的莫来石骨料和35wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1400℃条件下保温8h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为35wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为65wt％。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为42wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为58wt％。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为45wt％；SiO2含量为46.5wt％；ZrO2含量为8.5wt％。
本实施例所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石；次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度为2.34g/cm3；显气孔率为19.1％；950℃条件下的高温抗折强度为16.1MPa。
实施例3
一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以50wt％的蓝晶石尾矿、45wt％的滑石细粉和5wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料5wt％的金属铝粉和4wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1390℃条件下保温5h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为2.7∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料4wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1550℃条件下保温5h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
步骤三、以70wt％的高岭土细粉、22wt％的菱镁矿细粉和8wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料7wt％的锆英石细粉和45wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨7h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在900℃条件下保温6h，得到基质粉体。
步骤四、以40wt％的堇青石骨料、25wt％的莫来石骨料和35wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1410℃条件下保温9h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为38wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为62wt％。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为45wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为55wt％。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为48wt％；SiO2含量为44.5wt％；ZrO2含量为7.5wt％。
本实施例所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石；次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度为2.33g/cm3；显气孔率为19.7％；950℃条件下的高温抗折强度为16.8MPa。
实施例4
一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以50wt％的蓝晶石尾矿、35wt％的滑石细粉和15wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料6wt％的金属铝粉和5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1400℃条件下保温6h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为2.8∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1550℃条件下保温6h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
步骤三、以67wt％的高岭土细粉、23wt％的菱镁矿细粉和10wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料10wt％的锆英石细粉和50wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨7h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在905℃条件下保温6h，得到基质粉体。
步骤四、以40wt％的堇青石骨料、23wt％的莫来石骨料和37wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料6wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1410℃条件下保温10h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为40wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为60wt％。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为48wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为52wt％。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为50wt％；SiO2含量为41wt％；ZrO2含量为9wt％。
本实施例所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石；次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度为2.21g/cm3；显气孔率为22.5％；950℃条件下的高温抗折强度为15.4MPa。
实施例5
一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以60wt％的蓝晶石尾矿、35wt％的滑石细粉和5wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料6wt％的金属铝粉和5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1400℃条件下保温6h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料。
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为2.8∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥；在1550℃条件下保温6h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料。
步骤三、以70wt％的高岭土细粉、23wt％的菱镁矿细粉和7wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料10wt％的锆英石细粉和50wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨8h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在910℃条件下保温6h，得到基质粉体。
步骤四、以40wt％的堇青石骨料、24wt％的莫来石骨料和36wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料6wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型；在1410℃条件下保温10h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为45wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为55wt％。
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为50wt％；粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为50wt％。
所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为55wt％；SiO2含量为35.5wt％；ZrO2含量为9.5wt％。
本实施例所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石；次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度为2.23g/cm3；显气孔率为24.8％；950℃条件下的高温抗折强度为15.1MPa。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式以蓝晶石尾矿为原料制备中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板，不仅降低了生产成本和利于规模化生产，且实现了尾矿的资源化利用、绿色环保和减少占地。
本具体实施方式通过金属铝粉提高堇青石生坯和堇青石骨料的致密度，利用蓝晶石尾矿中的锆英石达到扩宽堇青石形成的温度范围，并提高堇青石骨料的强度；利用蓝晶石尾矿中的锆英石高温分解产生的氧化锆达到提高莫来石骨料热震稳定性的目的；以菱镁矿细粉等原料经过高温预处理等工艺制备基质粉体，提高了基质中堇青石的纯度和含量，有利于提高制品的强度和热震稳定性。
本具体实施方式在基质粉体中加入锆英石细粉，除了能够扩宽基质中原位形成堇青石的温度范围，还能够通过锆英石的钉扎作用，提高制品的强度和韧性。
本具体实施方式所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经X射线衍射分析：主晶相为堇青石和莫来石，次晶相为锆英石。所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板经检测：体积密度高于2.2g/cm3；显气孔率低于25％；950℃条件下的高温抗折强度大于15MPa。
因此，本具体实施方式具有生产成本低、绿色环保和便于规模化生产的特点，所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板不仅高温强度高和热震稳定性好，且使用范围广。

Claims (6)

1.一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
步骤一、以40～60wt％的蓝晶石尾矿、35～50wt％的滑石细粉和5～15wt％的氧化铝细粉为原料，外加所述原料4～6wt％的金属铝粉和3～5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥，在1360～1400℃条件下保温4～6h，冷却，破碎，筛分，得到堇青石骨料；
所述堇青石骨料的颗粒级配是：粒径小于3mm且大于等于1mm的为30～45wt％，粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为55～70wt％；
步骤二、按照Al2O3∶SiO2的质量比为(2.6～2.8)∶1，将所述蓝晶石尾矿和所述氧化铝细粉混合，得混合料；外加所述混合料3～5wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，干燥，在1500～1550℃条件下保温4～6h，冷却，破碎，筛分，得到莫来石骨料；
所述莫来石骨料的颗粒级配是：粒径小于2mm且大于等于1mm的为40～50wt％，粒径小于1mm且大于等于0.1mm的为50～60wt％；
步骤三、以65～75wt％的高岭土细粉、20～25wt％的菱镁矿细粉和5～10wt％的熔融石英细粉为粉料，外加所述粉料5～10wt％的锆英石细粉和40～50wt％的聚乙烯醇溶液，混合，球磨6～8h，即得料浆；再将所述料浆喷雾造粒，在890～910℃条件下保温4～6h，得到基质粉体；
步骤四、以30～45wt％的堇青石骨料、20～30wt％的莫来石骨料和35～40wt％的基质粉体为棚板料，外加所述棚板料4～6wt％的聚乙烯醇溶液，混合，机压成型，在1370～1410℃条件下保温8～10h，冷却，制得中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
2.根据权利要求1所述的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法，其特征在于所述蓝晶石尾矿：Al2O3含量为40～55wt％，SiO2含量为35～50wt％，ZrO2含量≥7.5wt％；蓝晶石尾矿的粒径≤0.088mm。
3.根据权利要求1所述的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法，其特征在于所述滑石细粉的MgO含量≥30wt％；滑石细粉的粒径≤0.089mm。
4.根据权利要求1所述的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法，其特征在于所述氧化铝细粉的Al2O3含量≥98wt％；氧化铝细粉的粒径≤0.089mm。
5.根据权利要求1所述的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法，其特征在于所述金属铝粉的Al含量≥99wt％；金属铝粉的粒径≤0.045mm。
6.一种中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板，其特征在于所述中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板是根据权利要求1～5项中任一项所述的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板的制备方法所制备的中低温用锆英石增强堇青石莫来石棚板。
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